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2012 KISTI MARKET REPORT
Vol. 2 Issue 10 October 2012
이야기가 만드는 신성장 산업, 창조 산업에서 디지털 스
토리텔링은 부가가치 창출의 핵심 기반이 될 전망
창조 산업은 핵심 투입 요소가 창조적 아이디어에 있 기 때문에 다양한 산업으로 구성되고 있으며, 영국을 비롯 해 네덜란드, 덴마크, 스웨덴, 호주, 싱가포르, 홍콩 등 창조 산업을 표방하는 국가는 창조 산업 분류체계를 자국의 산 업ㆍ경제적, 사회·문화적 특성에 따라 조금씩 차별화하고 있다. 창조 산업과 유사한 용어로 한국은 문화산업진흥법 에서 문화 산업으로, 일본은 콘텐츠창조·이용·보호에 관한 법률에서 콘텐츠 산업으로, 미국·핀란드ㆍ노르웨이 등은 저 작권 산업으로 각각 다른 명칭을 사용하고 있다. 특히 EU 는 문화와 창조성의 경제적 기여도를 측정하기 위해서 문 화ㆍ경제의 영역을 문화 영역과 창조 영역으로 재설정하여 폭넓게 범주화하고 있다.『스토리텔링이 중요한 창조
산업에서 대중에게 감동을 줄 수
있는 새로운 이야기에 대한 수요 증가가
예상됨에 따라 디지털 스토리텔링
기술 개발 수요는 계속
증대될 전망이다』
‘해리 포터’는 그 경제적 파급효과가 308조 원에 달한다(홍사종, “상상력이 경쟁력이다”, 주 간동아, 2007. 10. 30). 게르만족의 설화에 기초 한 <반지의 제왕>은 소설로 1억 부 이상 판매되디지털 스토리텔링
창조 산업을 견인하는
디지털 스토리텔링
산업정보분석실 책임연구원 박현우| Tel 02-3299-6051 e-mail hpark@kisti.re.kr
내추럴 유저 인터페이스
(NUI)
사용자와 주변 환경을 이해하는
지능형 유저 인터페이스 시대로
기술기회연구팀 선임연구원 김선호 | Tel 02-3299-6281 e-mail haebang@kisti.re.kr
콘텐츠/SW_ 융복합콘텐츠
인간의 자연스런 행동을 통한 직관적, 실감형, 무형의
인간-기계 인터페이스 기술을 의미하는 NUI
컴퓨터-휴먼 인터페이스의 패러다임은 컴퓨터 개발 초 기의 텍스트 기반 터미널 화면에 키보드를 이용하여 명령 어를 입력하는 인터페이스 방식(CLI, 컴맨드-라인 인터페이 스)에서, 윈도우즈와 같이 그래픽 기반 화면에 아이콘과 마 우스 커서를 이용한 방식(GUI, 그래피컬 사용자 인터페이 스)을 거쳐 이제 자연적이고 직관적인 인터페이스 방식(NUI, Natural User Interface)으로 바뀌고 있다.융복합콘텐츠
NUI를 이용한 제품의 시장 규모는 2013년 약 120억 달
러, 2015년에는 200억 달러에 이를 것으로 전망
AMD가 2011년 발표한 자료에 따르면 본격적인 Inter-active User Interface가 시작된 1990년대부터 InterInter-active Computing은 수조 원(Multi Billion)의 시장을 형성하고 있다. NUI 기술은 독립적인 제품으로 성장하기보다는 신체 일 부를 이용한 터치 입력을 요구하는 제품, 제스처를 이용한 제품, 음성을 이용한 제품, 촉감과 힘 전달을 이용한 제품, 뇌파를 이용한 제품, 그리고 환경데이터를 센싱하는 제품 등에 보이지 않는 요소 기술로 삽입되어 제품의 부가가치를 높이고 있다. 지금까지 NUI 기술은 Nintendo Wii, Microsoft Kinect, Emotiv System EPOC 등 게임 엔터테인먼트 분야 에 많이 적용되었으나, 최근 음성으로 동작하는 Apple의 iphone 4, 손동작을 감지하는 Samsung 스마트 TV, 운전 중에도 음성으로 조작할 수 있는 현대모비스 내비게이션 등 점차 가전기기로 적용 분야가 확대되고 있다. NUI는 기존의 인터렉티브한 사용자 인터페이스를 사용자 중심의 지능형 미래 사용자 인터페이스로 바꾸고 있으며, 전통적 응용 분야라고 볼 수 있는 교육, 사무, 게임 및 멀티 미디어 분야 외에 보안, 의료, 로봇, 가전기기 및 소셜미디어 그리고 Assistive Technology에 탑재되어 사용자들에게 보 다 친숙하게 접근함으로써 해당 상품 가치를 높일 것이다. 신체 인터페이스 멀티터치 인터페이스가 Table Top 디스플레이와 태블릿 PC 시장에서 매우 활발하게 적용되고 있으며 촉각과 포스 피드백을 제공하는 햅틱 인터페이스 또 한 게임, 의료 시뮬레이션 등에 사용되면서 지속적으 로 성장하고 있다. 그러나 이 분야의 시장 참여 업체 수는 다른 종류의 NUI 업체와 비교하면 적은 편이다. 몸동작(Gesture) 인터페이스 컴퓨터 비전, 적외선이나 초음파 센서 또는 마이크 로폰을 이용한 움직임 검출 방법 등을 이용하는 다 양한 제품들이 출시되고 있다. 현재 몸동작(Gesture) 인터페이스는 스마트 TV와 같은 가전기기의 리모컨 을 대신하는 인터페이스가 연구되어 게임에 활발히 적용되고 있다. 음성인식 및 영상출력 인터페이스
음성인식 NUI 인터페이스는 Apple의 Siri처럼 비
주얼하게 메뉴를 서치하지 않고도 음성으로 기기 조작을 할 수 있도록 도와주며, Assistive Technology와 자동차 내 비게이션 제품들도 출시되고 있다. 영상출력 인터페이스 는 3차원 영상 등과 같이 보다 직관적으로 정보를 제공하 는 점에 초점을 맞추어 사용자의 인지 과정(Perception– Recognition)을 도와주어 사용자 만족을 이끌어내고 있다. 생체 신호 인터페이스 뇌파 등의 생체신호를 이용하는 NUI는 다른 NUI와 비교 하여 상용화가 덜 이루어진 분야로 상대적 비정확성을 허 용하는 게임과 장애인을 보조하기 위한 기계 시제품에 테 스트되고 있다. 환경 기반 NUI 인터페이스
환경 기반 NUI 인터페이스는 GPS, RFID, Body Area Network 및 Zigbee 센서 등을 이용한 사용자 인터페 이스로 사용자에게 주변인지를 가능하게 하는 Context Awareness를 제공해준다. 태블릿 PC나 스마트 폰의 가상 현실 기술을 이용한 소프트웨어에 적용되어 출시되고 있다.
『NUI는 사용자 인터페이스라는 특징으로
독자적 시장 창출보다는 다른 제품에 포함되는
요소 기술로서 상품의 가치를 높이는
역할을 하게 될 것이다』
▶NUI 시장 예측 ▶내추럴 유저 인터페이스(NUI) 이상으로 NUI 적용 제품의 시장 동향을 살펴보았다. 그 러나 NUI의 독자적 시장 창출은 사실 불가능할 것으로 보 이므로 NUI가 탑재되는 제품을 통해 전체 시장 규모를 예 측하여 보면 2013년 약 120억 달러 정도일 것으로 추정되며 2015년에는 약 40%가 증가한 200억 달러에 이를 것으로 전망된다.
국내 시장은 휴대폰 응용 제품이 주를 이루고, 해외 시
장에서는 게임, 가전제품 등 다양한 NUI 제품이 출시되
고 있는 상황
국내의 NUI 시장에서는 주로 휴대폰을 생산하는 대기업 을 중심으로 휴대폰에 응용될 NUI 시제품을 출시하고 있으 인터페이스 경쟁 업체 경쟁 제품 Physical 인터페이스Microsoft Microsoft Surface
Edusim Edusim
Novint Novint Falcon
Nintendo The Wii Remote
Sensable Phantom
Gesture 인터페이스
Microsoft Kinnect
Leap Motion Leap
Nintendo Wii
Samsung Samsung Smart TV
LG LG Smart TV Nuience Dragon TV Softkinect DepthSense 음성인식 및 영상출력 인터페이스
Microsoft Avatar Kinnect
Google Google Goggles
LG Epaper
Samsung S Voice/Face/Eye Recognition
Apple Siri
Microsoft LightSpace
MicroVision Head up display
생체 신호 인터페이스
NeuroSky Mindwave
Emotiv System EPOC
OCZ Technology OCZ Nia System
NCTU Mindo
Cyberkinetics Brain Gate
Guger Technology intendiX
환경 기반 NUI 인터페이스
Nest Thermostat
TriLumina Light Engine
NUI Galway GPS Technology
Garmin Nui GPS
GE Body Area Network
SodaPop Media Smart Display (RFID)
융복합콘텐츠 며, 국외에서는 휴대폰뿐만 아니라 게임, 가전 제품, 의료기기 및 차량용 등 다양한 NUI 제품 이 출시되고 있다.
학문 간, 기술 간 효율적인 융합 연구로 다양
한 응용 가능
과거 사용자 인터페이스가 시스템 성능 향 상, 그래픽, 다양한 상호작용 입력 방법에 중점 을 두었다면 미래의 NUI는 개별, 그룹 내 사용 자를 이해하고 효과적인 방법(Modality)을 제공 하는 사용자-환경 중심의 지능형 인터페이스 로 발전할 것이다. 즉, 사용자의 행동 및 심리 상황 그리고 노출된 환경 상황에 맞는 인터페 이스를 자동으로 제공해줄 것이다.『사용자 인식을 위한 하드웨어 센서에
대한 연구 및 알고리즘 구현이
NUI 발전에 큰 작용점이 될 것이다.
학문 간, 기술 간 융합을 어떻게 효율적으로
하느냐에 따라 NUI 기술도 매우 다양한
방향으로 발전할 것으로 보인다』
NUI는 자연스런 사용자 입력을 인식해야 하는 본래의 목 적 때문에 사용자 인식을 위한 하드웨어 센서에 대한 연 구 및 알고리즘 구현이 NUI 발전에 큰 작용점이 될 것이다. NUI는 Human-Computer Interaction(HCI) 분야와 Ambient 및 Pervasive Computing 콘셉트와 함께, 직관적이고 물의료용 로봇의 긍정적 효과로 관련 산업 큰 성장 전망
의료용 로봇이 크게 주목받고 있다. 이는 의료용 로봇이 환자에게는 더 좋은 삶, 수술시간 단축, 출혈 감소, 전염 가 능성 감소 등의 효과를 주고, 의사에게는 피로감과 수술 시 떨림 현상을 줄여주는 등 긍정적인 요소가 많기 때문이다. 또한 병원 입장에서도 환자의 병원 잔류 기간이 감소하므 로 더 적은 시간에 더 많은 환자를 치료할 수 있고 최소 침 습 수술 덕에 치료 결과도 더 좋은 것으로 인식되고 있다. 이에 따라 많은 병원에서 의료용 로봇을 도입하였거나 준비 중이므로 의료용 로봇 산업이 크게 성장할 전망이다. 한편 의료용 로봇은 외과 수술 로봇 ‘다빈치(da Vinci)’로 대표되 고 있지만 외과 수술 로봇만이 의료용 로봇을 지칭하는 것은 아니다. 우리나라는 2006년에 국가과학기술위원회에서 국가 전략 산업으로 로봇 산업을 선 정하여 정책 지원을 위한 통계 인프라 구축의 일환으로 로봇 산업 특수 분류를 제정하였다. 2008년에 분류의 1차 개정이 있었고, 2011년에도 지식경제 부에서 로봇 산업 특수 분류 에 대한 2차 개정을 요청함에 따라 제조업 이외의 로봇 관련 산업을 포함하여 대분류 7개, 중분류 48개, 소분류 229개로의료용 로봇
의료기기 FDA 인증과
시장 진입 진일보 방안
기술정보분석실 선임연구원 이방래 | Tel 02-3299-6052 e-mail brlee@kisti.re.kr
의료용 로봇
국내 기업 중에는 (주)큐렉소가 ROBODOC을 앞세워 제품 개발 및 시장을 선점하고 있다. (주)큐렉소는 미국의 Integrated Surgical System으로부터 2007년에 ROBODOC 수술 로봇에 대한 모든 자산을 인수하고 2008년에는 미국 의 FDA 승인을 얻어냈다. 최근에는 현대중공업 및 서울삼 성병원과 공동연구를 진행하여 ROBODOC의 국산화를 이 루었다. 2012년에는 지식경제부의 로봇 시범보급사업의 일 환으로 ROBODOC의 해외 판매 활성화를 위해 미국과 싱 가포르 거점병원에서 진행할 임상 활용을 지원하였고 국내 3대 및 인도시립병원 1대 등의 판매 실적을 내어 35.3억 원 의 매출을 올렸다. 현대중공업도 의료 로봇을 미래성장동력 중 하나로 설정하고 연구 개발에 힘을 쏟고 있다. 현대중공 업은 2011년에 큐렉소와 공동으로 인공관절치환수술 로봇 의 국산화에 성공했고, 현재 6축 다관절을 이용한 자동 정 형외과 수술 로봇을 개발 중이며, 파열된 인대를 새 인대로 교체하는 정형외과 인대재건수술 로봇, 암세포가 서식하고 있는 곳에 바늘을 꽂은 뒤 고주파 열을 가해 암세포를 죽 이는 영상의학 분야 중재시술 로봇도 개발할 계획이다. 한 편, 국내에서는 의료 로봇의 사용자인 병원이 직접 의료용 로봇 개발에 뛰어들고 있는데, 대구가톨릭대학교 의료원, 영 남대병원, 서울아산병원 등이 그들이다.
『국내 기업의 2011년 매출액 약 60억 중
(주)큐렉소가 ROBODOC 판매로 35.3억 원의
매출을 기록하였다. Intuitive Surgical은
2011년에 1,757백만 달러의 매출을 달성하였고,
이 중 수술보조기구 및 서비스 판매 비중이
56%에 달했다』
Intuitive Surgical의 ‘다빈치’ 수술 로봇은 세계 의료 로봇 시장을 선점하고 있다. Yahoo! Finance8)에 따르면 Intuitive8) “Form 10-K for INTUITIVE SURGICAL INC”, Yahoo! Finance, 2012. 2. 6.
0.94억 원으로 매우 적었으나 2010년 35.1억 원, 2011년 63.55 억 원으로 증가하는 추세다. 2011년 생산액 중에서 60.33억 원이 실제로 출하되었는데 이 중에서 내수가 59.29억 원이 고 수출이 0.74억 원으로 조사되었다. 국제로봇연맹에 따르 면 세계 시장에서 2010년 의료용 로봇 판매액이 13.61억 달러 에 달하며2) 지경부에 따르면 2008년에 28.83억 달러에 달했 다고 한다.3) ABI Research는 의료용 로봇의 2016년 시장 규 모를 13억 달러로 전망하였고4) BCC Research는 의료 로봇 및 컴퓨터 지원 수술 장비 분야의 2016년 시장 규모를 36억 달러로 예측하였다.5) 한편 Markets and Markets는 최소 침 습 수술 분야 2016년 시장 규모를 355억 달러로 내다봤고,6) WinterGreen Research는 수술 로봇 장치의 2018년 시장 규 모를 85억 달러로 예측하였다.7) 이처럼 의료용 로봇 시장 규 모에 대한 예측 값이 발표기관에 따라서 다른 결과를 나타내 고 있는데 이는 의료용 로봇의 범위를 다르게 해석하는 것에 서 하나의 원인을 찾을 수 있다. 예를 들면 의료 로봇 자체만 을 대상으로 할 수도 있고 부분품 및 서비스까지 시장 규모 에 포함시킬 수도 있다. 이 보고서에서는 Frost & Sullivan의 예측치를 참고하여 국내외 시장 규모를 추정하였다.
국내 기업 중에는 (주)큐렉소와 현대중공업이 제품 개발
에 가장 적극적, 세계 시장은 Intuitive Surgical의 ‘다빈
치’ 수술 로봇이 선점
2) “World Robotics 2011”, IFR, 2011
3) “수술에서 기간시설 경비까지, 로봇시대 성큼”, 지식경제부, 2009. 7. 27. 보도자료 4) “Healthcare and Medical Robots”, ABI Research, 2011
5) “Medical Robotics and Computer-assisted Surgery: The Global Market”, BCC Research, 2011. 9
6) “Minimally invasive medical robotics, imaging & visualization systems & surgical instruments market (2011-2016)”, Markets and Markets, 2012. 7 7) “Surgical Robot Market”, WinterGreen Research, Inc, 2012. 7
년도 개요 시장 규모 연평균 성장률(%) 2010 2011 2012 2013 2014 세계 시장 2,229 2,752 3,359 4,095 4,913 21.9 국내 시장 355 408 469 540 620 15.0 ▶의료용 로봇 시장 규모 추정 ▶ (단위: 백만 달러, 억 원)
자료: “U.S. Image Guided and Robot Assisted Surgery Markets”, Frost & Sullivan, 2009 ; “Western European Market for Image-guided and Robot-assisted Surgery”, 2009 ※ 산출근거: Frost & Sullivan이 예측한 미국과 유럽의 시장 규모를 사용하고, 아시아는 2010년 유럽 시장의 50%에서 시작하여 매년 15% 상승하는 것으로 가정하며, 국내 시장은 아시아
고부가 의료 서비스 로봇 Surgical의 판매액은 2009년 1,052백만 달러, 2010년 1,413백 만 달러, 2011년 1,757백만 달러를 기록하였는데 이 중에서 ‘다 빈치’ 수술 시스템 이외에 수술보조기구, 액세서리 및 서비스 판매 등이 전체 판매액에서 차지하는 비중이 2009년과 2010 년에는 53%, 2011년에는 56%에 달했다고 한다. Accuray의 CyberKnife는 방사선수술 시스템으로 연속 영 상 유도 기술과 소형 선형 가속기를 결합하였는데 작동 계 획에 따라 삼차원적으로 움직일 수 있다. MAKO Surgical의 MAKOplasty는 엉덩이 및 무릎 수술에 사용되는 수술용 로봇 이다. 수술 내비게이션 시스템으로는 Stereotaxis의 Niobe 시 스템과 Hansen Medical의 Sensei 시스템이 판매되고 있다. 이스라엘 Mazor Robotics의 SpineAssist는 의사에게 더욱 정 교하고 안전한 척추수술을 가능하게 해주는데 환자 개인의 신체구조에 따라 삼차원적인 측면에서 최적 수술에 대한 사 전 계획을 수립할 수 있도록 지원하여 수술의 청사진을 제공 할 수 있다. Mazor Robotics는 SpineAssist를 보완하여 최근 에는 Renaissance 시스템을 개발하였으며 관련 보고서에 따 르면 2011년에 5.8백만 달러의 매출을 올린 것으로 알려졌다.9)
전문가의 도움과 시판 전 신고 과정을 통해 FDA 인증을
보다 쉽게 통과하면 시장 진입에 유리한 위치 선점 가능
시장 규모가 가장 큰 미국 시장에 의료용 로봇을 판매하 기 위해서는 미국의 FDA 승인을 반드시 거쳐야 한다. FDA9) “Mazor Robotics Reports Fourth Quarter and Full Year 2011 Financial Results”, Business Wire, 2012. 3. 27. 승인은 KFDA, CE 등 다른 국가의 인증보다 훨씬 까다롭기 로 유명하며 FDA 승인을 받고 나면 다른 나라의 인증제는 오히려 쉽게 통과할 수 있다고 판단하는 것이 보통이다. ROBODOC의 FDA 인증과 큐렉소로의 기술이전 과정 을 살펴보면 FDA 인증제 이해의 중요성이 더욱 부각된 다. ROBODOC은 IBM에서 1990년에 분사한 Integrated Surgical Systems가 개발했으나 FDA 승인에 계속 실패하 여 시장 규모가 가장 큰 미국 내에서는 판매하지 못하고 유 럽 및 일본 등에 판매하였다. FDA 승인에 계속 실패하자 회사는 2005년에 ROBODOC을 판매하려고 매물로 내놓았 고 한국의 큐렉소가 2007년 8월에 인수하였다. 이후 큐렉 소는 “FDA에 ‘시판 전 허가(PMA: PreMarket Approval)’ 대 신 ‘시판 전 신고(510(k))’로 신청하라”는 의료 전문 변호사 의 조언대로 진행하였다. FDA는 5개 병원에서 130번의 임 상시험을 요구하였고 큐렉소는 일본과 미국의 병원을 섭외 하여 130억 원을 투자해 임상시험 결과를 제출한 후 2008 년 8월에 FDA 승인을 받았다. 이로써 큐렉소는 단번에 의 료 로봇의 선두주자로 발돋움할 기회를 잡았으나 반대로 FDA 인증제에 대한 이해가 부족했던 Integrated Surgical Systems는 제품 개발만 완료하고 시장 진입에는 실패한 형 국이 되었다.
『FDA 인증제를 잘 이해한 큐렉소는 ROBODOC
인수와 FDA 인증을 통해 의료 로봇의 선두주자로
발돋움할 기회를 잡았다. FDA 인증은 전문가의
도움과 시판 전 신고(510(k)) 과정을 거치면
좀 더 쉽게 통과할 수 있고 이를 통해 시장
진입에 유리한 위치를 점할 수 있다』
미국 FDA 인증제에 대한 이해를 돕기 위해 의료기기 분야의 인증제를 살펴보자. 의료기기 분야는 세 가지 규 제등급을 적용하고 있다.10) Class I은 일반규제(General Controls)로서 가장 낮은 등급인데 사용상 안전성이 입증되 어 있거나 간편한 제품으로 고무붕대, 검사장갑, 수지형 수 술기구 등을 예로 들 수 있다. Class Ⅱ는 일반규제 및 특별 규제(General Controls and Special Controls)로서 일반규제 를 준수함과 동시에 특별규제사항을 준수하여야 한다. 특 별규제는 특별표시 기재사항 요건, 강제적인 혹은 자발적 인 성능기준과 시판 후 감시를 포함한다. Class Ⅱ에 해당 되는 제품은 대부분 의사처방용으로 판매되고 의사의 지시 10) “미국 FDA 의료기기 인·허가 절차”, 의료용구품질지원센터 ▶세계 시장 점유율 ▶ 자료 및 산출근거: 주요 시장 참여자의 2011년 Annual report를 조사하여 보고서상에 표 시된 매출액을 기준으로 점유율 추정 2011년 Intuitive Surgical 82% Accuray 10% MAKO Surgical 4%Stereotaxis 3% Hansen Medical 1%
의료용 로봇 에 따라 사용되는 의료기기인데, 파워 휠체어, 주입펌프 등 을 예로 들 수 있다. 이 등급에 해당되는 제품은 대부분 시 판 전 신고(510(k): PreMarket Notification) 또는 품질시스템 규정에서 면제되지 못한다. Class Ⅲ는 가장 엄격한 규제등 급으로 일반규제 및 시판 전 허가(PMA)를 준수하여야 하 며 이 등급에 해당되는 기기는 인간의 생명을 유지시켜주 는 기구들이다. 시판 전 허가(PMA)는 Class Ⅲ 등급 기기의 안전성과 효능을 확인하기 위한 과학적 심사과정으로 필수 적이지만 1976년 5월 28일 이전에 시판된 기기들은 510(k) 과정을 통해 시판될 수 있다고 한다. 510(k)는 Class Ⅰ 일 부와 Class Ⅱ에 적용되고, PMA는 Class Ⅱ 일부 및 Class Ⅲ에 적용된다. 또한 510(k)를 신청한 장비 중 일부와 대 부분의 PMA에 대해서는 임상자료를 요구하기도 한다. 한 편 GMP(Good Manufacturing Practices) 또는 QSR(Quality System Regulation)이라는 공장감사가 있는데 Class Ⅰ 일 부를 제외한 모든 등급의 의료기기는 공장감사를 받아야 하고 이 검사는 최초 검사 후 매 2년마다 실시되므로 항상 대비하여야 한다. FDA 의료기기 인증제에 대해서 간단히 살펴보았지만 세부적으로 살펴볼 것이 많고 복잡하다. 그러나 FDA 인 증이 ROBODOC의 사례에서와 같이 사업의 지속 여부 를 결정할 만큼 치명적인 변수이므로 이 분야 전문가의 도 움을 받는 것이 불가결한 선택이 될 것이다. 미국의 경우 ‘ACRO(Association of Clinical Research Organization)’가 인허가 및 임상시험 컨설팅을 수행하면서 FDA의 파트너 역 할을 수행하고 있다. 한편 보건복지부는 FDA·다국적 기업 에 근무한 전문가로 구성된 비영리 글로벌 컨설팅 기구인 RHI(Regulatory Harmonization Institute)와 협력하여 국내 기
금형의 고품질, 고속가공, 고정밀화가 정밀금형 기술의
세계적인 흐름
금형은 동일규격의 제품을 대량으로 생산하기 위하여 금 속재료를 사용하여 만든, 모체가 되는 ‘틀’ 또는 ‘형(型)’을 말한다. 정밀금형 기술은 신소재, 금형설계 및 가공 기술, 성형과 측정 기술, 그리고 공정설계 기술 등이 IT 산업과 접정밀금형
정밀금형의 수출선
다변화로 글로벌 위기 극복
기술정보분석실 책임연구원 이창환 | Tel 02-3299-6015 e-mail cheree1@kisti.re.kr
제조기반_ 금형
목된 융합 기술로 전환되면서 금형의 고품질, 고속가공, 고 정밀화가 세계적인 흐름이다. 정밀금형은 전기·전자 제품, 수송기계, 반도체·통신기 기, 산업기계, 정밀기계, 광학기기, 농업·건축용 기기ㆍ완구 등을 제조하는 데 필수적으로 이용되는 만큼 그 용도는 광 범위하고 다양하다. 주로 고무, 알루미늄, 아연, 각종 플라스 틱 등을 성형하여 양산하는 기능을 하고 있다. 이처럼 정밀 금형 세분류(정밀금형 중심으로) 정밀플라스틱금형 ·마이크로부품 성형금형, 대면적 마이크로패턴 성형금형 ·마이크로/나노패턴 고전사 금형, 비구면 플라스틱 렌즈금형, 커넥터 사출금형 ·Hybrid 플라스틱 렌즈금형, Water-Assisted 사출금형, 초박판 부품성형용 사출금형 ·고효율 Rapid Heating/Cooling 사출금형, 고효율 쾌속 Conformal Cooling 사출금형 ·초고생산 Stack 금형, 초정밀 Runnerless 금형, 초고생산 PET Preform용 사출금형 ·연료전지 분리판 사출금형, 초협피치 FPC정밀프레스금형
·초박판 Progressive 금형, 미세극박 단조부품성형용 프레스금형, 초고속 Progressive 금형 ·차세대반도체부품용 프레스금형, 난성형판재성형용 프레스금형, 복합 Progressive 금형 ·복합 Fine Blanking 금형, 커넥터용 초협피치 프레스금형, 극소저항 Bipolar Plate 성형용금형 ·고화소용 고생산성 GMP 금형
특수금형 (다이캐스팅 포함)
·대면적 미세패턴 자유곡면 성형용금형, 초정밀 3차원패턴 필름금형, 이종재 일체화부품 성형용금형 ·미세 액상실리콘 사출금형, 고생산성 LED 패키징금형, In-Mold Ass'y 금형, 다색다중 사출금형 ·미세 분발 사출금형
·고정밀 다이캐스팅금형
박막전지
중대형 전지에 반하는
또 하나의 기회
기술기회연구팀 책임연구원 고병열 | Tel 02-3299-6039 e-mail cohby@kisti.re.kr
신재생에너지_ 전지
통신ㆍ전자기기, 의료기기의 초소형화를 가능하게 하는
박막전지는 전지 산업의 또 다른 기회
전지 산업은 대기업의 공격적인 개발 전략과 정부의 적 극적인 지원에 힘입어 대한민국 핵심 산업 중 하나로 자리 매김하고 있다. 특히, 전 세계적인 경기 둔화세에도 시장 성 장세는 지속적으로 이어지고 있는데 이는 기존의 휴대폰, 노트북 등 소비자(Consumer) 시장 수요의 회복과 더불어 전기(하이브리드) 자동차(HEV, EV, PHEV; xEV) 및 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)1)에 대한 기대가 크게 증폭했기 때문임을 부인할 수 없다.『통신, 전자기기 및 의료기기의 초소형화를
가능하게 하는 박막전지는 xEV/ESS(전기차/
에너지저장장치) 등 중대형 전지의 시장 잠재력과
더불어 전지 산업의 또 다른 기회로 부상하고 있다』
여기에 최근 들어서 또 하나의 시장 가능성이 제시되고 있 는데 이는 박막 성막 기술과 전지 기술이 융합된 차세대 전지 인 박막전지 분야다. 박막전지 기술은 재료공학 기술, 나노고 정 기술, 박-후막제조 기술, 전기화학 기술, 마이크로공정 기 술, 반도체 기술 및 집적화를 위한 시스템화 기술을 종합해야 하는 기술로 전기ㆍ전자 분야의 급속한 발전과 함께 진행되고 있는 통신ㆍ전자기기 및 의료기기의 초소형화를 가능하게 하 는 특징이 있다(자료: 윤영수, 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회논문집).박막전지는 1990년대 초부터 Oak Ridge National Lab. (ORNL, 미국)의 Bates 그룹이 본격적으로 시작하였으며, 통 상적인 전지의 구성인 LiCoO2/양극/LiPON계 고체 전해질/리 튬 음극 세 층을 각각 마이크로미터(μm) 레벨의 매우 얇은 고 상의 적층막으로 구현하였다(자료: 이영기 외, 전자통신동향분 석, 23(6), 32, 2008). 1) 과잉 생산된 전력을 저장해두었다가 전력 부족이 우려될 때 방전하여 전력 수급을 안정화하는 역할의 장치 ▶박막전지의 구조 ▶ 자료: N. J. Dudney, 1999 Protective Coating 15µm Cathode Current Collector Anode Electrolyte Cathode
Substrate Anode Current Collector
Anode Current Collector Anode
Solid Electrolyte Cathode
Cathode Current Collector
박막전지 문에 이러한 특성에 맞는 용도의 개발 및 시장 전략을 펼칠 필 요가 있다. 현재 대부분의 고상 박막전지는 리튬계열이며, 이는 고온에 견딜 수 있는 능력에 기인한다. 예를 들어 박막전지가 스마트 카드에 적용될 경우 카드 제조공정 중 고온의 라미네이션 프 로세스를 견딜 수 있어야 한다. 진공증착 공정을 이용하는 전 고상 박막전지는 리튬 폴리 머 전지와 주요 성능 비교 시, 자가방전율, 장기보존성, 고속충 전, 고율방전 측면에서 우위에 있다고 할 수 있으며2), 모든 구 성 물질이 고체로 이루어져 환경친화적이고 안정성이 높기 때 2) 박호영 외, 전 고상 박막전지 기술현황과 전망, 전자공학회지, 34(12), 1404, 2007 에서 발췌 ▶박막전지의 종류 ▶
자료: Arun Patil et al, Materials Research Bulletin, 43, 1913, 2008 ▶박막전지와 주요 전지의 비교 분석 ▶
자료: 박호영 외, 전 고상 박막전지 기술현황과 전망, 전자공학회지, 34(12), 1404, 2007 자료: Arun Patil et al, Materials Research Bulletin, 43, 1913, 2008
Charging time Capacity Volumetric energy density Self-discharge Thickness limit Duration Low temperature performance 100 90 80 70 60 50 High rate performance
Thin Film Battery Lithium Polymer Battery
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Volumetric Energy Density (Wh/l)
전지
초기 시장 정착과 초소형 전자 디바이스, 의료 분야 등
응용 분야에 대한 관심 고조로 성장 가속화 전망
NanoMarkets사의 2009년 조사에 따르면 CAGR 기준 성장률을 35% 정도로 보고 있는데, 이는 당시의 세계 경 제 상황 및 제품 적용 시 기술의 실효성에 대한 의구심이 일정 부분 존재한 것으로 보인다. 반면, 2011년 예측에서는 CAGR 기준 성장률이 57%로, 미약하지만 이미 초기 시장 이 형성되었고 초소형 전자 디바이스, 의료 분야 등 응용 분야에 대한 관심 고조로 발전이 가속화될 것으로 판단하 고 있다. 지역별로 보면 북미 지역이 40% 가량 점유하고 있 고, 이 추세는 향후에도 크게 변하지 않을 것으로 예측된다. 낙관적으로 본다면 박막전지가 기존 리튬이온전지의 수요 자 시장(노트북, 휴대폰 등)을 대체할 수도 있겠지만,3) 현재 3) 2006년 소니사의 노트북용 리튬이온전지 폭발 사고 이후로 박막전지에 대한 관심 이 고조된 바 있다. 의 주요 업체들의 R&D 방향, 투자전략 및 전 방제품과의 관계4) 등으로 볼 때 단기적으로 가능한 시나리오로 보기는 어려우며, 위와 같이 현재 시장형성 단계의 새로운 전자제품 및 의료용품으로의 시장 침투가 자연스러워 보인다. 대표적인 박막전지 업체는 C ymb et, Planar, Solicore, Infinite Power Solution(IPS) 등이다. Cymbet사는 박막전지를 기반으 로 에너지 저장 디바이스 및 에너지 수확 (energy harvesting) 기술 분야의 선점을 시 도하고 있고, Planar사는 기존의 리튬이온 전지 시 장 에 서의 경 쟁 을 표방한다. Solicore사 는 ORNL의 전해질 방식 을 채택하지 않고 자체 의 코팅프로세스를 사용 하기 때문에 프린티드 전 지로 구분되기도 하며, 스 마트카드 시장에 집중하 고 있다. IPS사는 Cymbet 사와 유사하게 에너지 수 확 기술을 표방하고 있으 며, 박막 전지업체 중 유일 한 ISO 9001 인증 제조업 체이다.응용 시장은 초고성장형, 고성장형, 고성장-거대시장형,
정체형의 4가지 유형
박막전지 시장은 스마트 기술 관련 비즈니스의 확대로 성장이 가속화되고 있다. 특히, 스마트카드와 센서가 상대 적으로 큰 응용 시장을 구축할 것으로 전망되며, 의료 분 야 중 임플란트에 대한 관심은 장기적으로 미래 시장을 견 인할 것이다. RFID 시장 역시 2011년도에 63.7억 달러 규모 에서 올해 74.6억 달러에 달할 것으로 전망(자료: IDTechEx, 2012)되기 때문에 관련 산업에서 주목할 필요가 있다. 4) 통상적으로 업계 재편가능성이라고 표현하는데, 여기서는 박막전지를 적용하기 위 해서 기존 전방제품의 회로 등 상당 부분의 구조를 바꾸어야 하는 기회비용의 문 제를 칭한다. 년도 개요 2010 2015 AAGR(%) 2010~2015 ($ Millions) Share% ($ Millions) Share%박막전지
『주요 응용 시장 중 스마트카드와 센서 시장이
상대적으로 큰 시장을 구축함과 동시에
높은 시장 성장률을 나타낼 것으로 전망된다』
응용 시장 유형은 크게 4가지로 요약할 수 있으며, 초고 성장형(미래형)에 속하는 응용 시장은 의료 임플란트 시장 과 ELS 응용 시장이다. 이들 시장은 현재로서는 박막전지 의 침투가 미미한 상황이지만 향후 100% 이상 성장이 전 망되고 있다. 센서와 스마트카드 분야는 주지한 대로 향후 고성장과 더불어 초기 시장이 정착된 모습을 보일 것이다. RFID 및 반도체 응용 분야 역시 높은 성장이 기대된다. 반 면, 의료용 패치 시장은 제품 자체가 소모품의 성격을 띠기 때문에 이차전지의 적용은 둔화될 것으로 전망된다. 자료: Nanomarkets, 2011 자료를 바탕으로 KISTI 재구성 유형 용도 시장 시장 규모2012 시장 규모2018 CAGR(%) 초고성장형 (미래형) Medical-Implants 0.4 28.5 103.6 ELSs(전자가격표시기기) 0 78 N.A. 고성장형 Semiconductor Apps 3.6 108 76.3RFID and Smart Pakaging 5.8 132.9 68.5
